Laboratoire de Géosciences du Pacifique Sud

L'objectif de la poursuite de satellites par faisceau laser est double selon le type de satellites:

1. Satellites de télédétection:

La poursuite de satellites à pour but de reconstituer leur orbite réelle en localisant en continu les détecteurs embarqués par rapport au sol.

2. Satellites géodésiques:

Ces satellites suivent de façon passive les equipotentielles du champ de gravité de la terre. La connaissance fine de leur orbite permet de mieux connaitre les distributions de masse à l'interieur de la terre, la façon dont la terre se déforme (mouvements tectoniques, champs de gravité, champ de densité,...) et de quelle manière la station de poursuite bouge avec elle. Ces satellites sont le plus souvent de simple sphères vides couvertes de miroirs réfléchissant le faisceau laser.

3. Principe général:

Pour repérer un point dans l'espace, on peut se servir d'un repère d'origine, de deux angles et d'une distance.Cest le principe de la poursuite laser:

-le repère est le centre de la station de poursuite positionné précisément à l'aide d'un GPS.

-l'azimut et l'élévation sont les deux angles que fait le telescope au moment ou le satellite est touché par le laser (on détecte un retour de lumière).

-la distance L est donnée par le temps d'aller retour du faisceau laser.

Pour assurer un retour de lumière vers son point d'origine,une partie du satellite est recouverte de miroirs spéciaux appelés coins de cube et fonctionnant sur le meme principe que les catadiopres de vélo.

exemple de: coin cube

Le satellite est donc positionné précisément à chaque instant de sa course par son azimut, son élévation, et son éloignement.

Pour le trouver dans le ciel, on se sert de son emplacement théorique connu, calculé d'après la prédiction de son orbite. On applique ensuite manuellement les corrections (ou biais) en élévation, en azimut et en temps requises pour pointer précisément le satellite et obtenir le retour laser. Ces corrections sont prises en compte par l'ordinateur qui recalcule l'orbite réelle du satellite et envoie ces données toutes les heures à la NASA à Washington, où elles sont vérifiées puis acheminées vers les utilisateurs (organismes possédant les satellites poursuivis: CNES, ESA, NASA ....).

4. Satellites, et quelques chiffres :

On poursuit entre 15 et 20 satellites par nuit dépendant des conditions météorologiques et de la maintenance et des réglages de la station. Les périodes privilégiées sont les heures de nuit où le parasitage lumineux du soleil est absent où la couverture nuageuse est moins importante qu'en journée.

Pour avoir une meilleure idée des distances mises en oeuvre voici quelques chiffres :

Sur tous les satellites proches (moins de 6000 km), nous atteignons une précision de mesure sur la distance de l'ordre de 7 mm, sur les satellites les plus lointains, de l'ordre de 15 mm.

L'interet principal du laser sur les autres types de positionnement (DORIS, radio positionnement classique...), est que le satellite n'a pas besoin d'etre actif : l'émission ET la réception du signal se font à terre, on peut donc suivre des objets inertes, ou des satellites qui ne fonctionnent plus.

5. Détails de fonctionnement :

De ce qui précède, on comprend que certaines parties du système vont avoir un role déterminant à jouer dans la poursuite :

a) La base de temps :

D' elle dépend entièrement la mesure de distance L qui se ramène au temps entre le départ de l'impulsion laser et son retour. On travaille en général à 5 impulsions par seconde et le laser est ne met que quelques millisecondes pour faire l'aller-retour (on peut calculer ça aisément sachant que la vitesse de la lumière est d' environ 300000 km/sec).

On dispose donc d'une horloge atomique qui fait office de chronomètre et dont la précision est de 50 ns, et d'une horloge GPS, donnant en permanence une date et une heure de référence appelées « Temps Universel » (TU).

b) Mesures d'angles :

Elles sont faites par des encodeurs assujettis aux moteurs pas à pas du télescope. Leur précision pendant la poursuite est directement liée aux calibrations régulières appelées « calibrations aux étoiles » pendant laquelle on pointe le télescope en direction d'une trentaine d'étoiles dont les positions absolues sont connues. Cela permet donc de calibrer l'ensemble du système de positionnement du télescope.

Au coeur du système, Il en est l'élément le plus fragile à cause de sa compléxité de réglage et du nombre d'éléments optiques mis en oeuvre. Le principe général du laser est celui d'une lumière monochromatique, cohérente dans le temps et l'espace, dont on augmente la puissance par pompage optique pour obtenir l'inversion de population nécéssaire à la création de l'effet laser.

Le laser utilisé par Moblas 8 est génére en infrarouge puis amplifié et changé en vert, voila ses pricipales caractéristiques :

Une dernière remarque, la divergence donne un diamètre de faisceau de 60 cm à 800 km, de 4.4 m à 6000 km, et de 14.1 m à 19000 km, donc une dispertion énergétique très importante qui explique l'extrème difficulté qu'il y a à obtenir une énergie de retour suffisante au delà de 20 000 km.